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摘要：为了推动油田加热炉节能降耗工作，改进传统加热炉的燃烧使用方法，利用目前较为先进的变频技术，将燃烧与计算机技术、变频技术相结合，研制开发了在国内先进的变频燃烧技术，研究试验结果表明，利用变频燃烧技术开发的变频燃烧器，具有较好的稳定性和节能效果，具有应用和推广价值。
关键词：加热锅炉 变频燃烧器 分析评价
一、变频燃烧技术简介及工作原理和特点
变频燃烧技术是在目前常规燃烧技术的基础上，利用变频技术，实现燃料与空气比例的无级自动调节并保持在最佳值，把燃料燃烧过程中的空气过剩系数控制在1.05～1.20范围内。根据加热炉的出、入口温度变化要求，自动调节燃料的供应量，再加上声光报警系统，实现加热炉自动点火、非人为熄火自动声光报警、停炉自动扫线等全过程自动化控制。达到节约燃料和降低工人劳动强度的目的。
（一）技术原理
1、应用数字变频控制技术
数字变频控制系统采用连续闭环的调节方法，将压力（温度）参数变为420mA的电信号送到调节器，调节器与给定值进行比较，经过模糊控制运算再输出420mA的电信号给风机的变频器和燃料的调节阀，从而连续、自动、无级地调节空气与燃料之比，使锅炉保持在恒定的压力（温度）值。一次点火起动后，加热炉就能根据负荷的变化很快进入恒温（恒压）运行状态。
2、采用通用的PLC代替机械式燃烧程控器，使其功能得以任意扩展，成本可大大降低，自动点火，检漏、熄火保护、进出口低差压保护、进出口高差压保护等功能也融入智能PLC中。
（二）变频燃烧器特点
1、可以实现无级连续调节控制
被控加热炉的温度（压力）与燃料量的调节呈连续控制系统，整套系统都会在自动状态下做同步的微量调整，使被控参数始终保持在最佳点。无级连续调节控制技术具有如下优点：
1）节约燃料
由于被控温度（压力）与燃料量和进风量的调节呈连续控制。当某一变量发生微小变化时，整套系统都会在自动状态下做同步微量调整，使过剩空气系数稳定控制在1.051.20之间，稳定了工况参数的同时节约了燃料用量，又减少了散热损失。
2）控制准确
1、两段火控制将参数控制在两点值范围内，而无级连续控制则是将参数控制在一点值内，使炉窑不受外界干扰，始终保持在最佳的运行状态。
2、具有程序点火、检漏、熄火保护等大型燃烧器所具有的所有功能，即点火前的吹扫、自动关风门、自动点火、探火、送助燃风，如点火不着则发出熄火报警、停车。在吹扫的同时，自动检测燃料电磁阀和调节阀是否泄漏，如有其中一个阀泄漏，则发出阀漏报警、停车，从根本上避免點火爆膛事故的发生。
3、火焰布置专门为加热炉设计，保证加热炉炉膛处于受热均匀状态，火焰不与燃烧室碰撞和直接冲刷炉管。
4、可实现加热炉进、出口低差压保护，即：当加热炉系统来液出现停泵现象，造成加热炉进出、口压差低于正常值时，plc可运算输出开关量，令燃烧系统停车，并发出报警。同时可实现高差压保护，即：当炉体盘管出现穿孔，造成进出、口压差高于正常值时，发出停炉命令并报警提示。
5、节约电能
目前，市售的燃烧器都是通过控制风挡来实现的，即在电机的全速运行状态下，利用安装在风门中的风挡开度控制进风量。数字变频控制技术是通过控制电机的转速来实现风量的调节。当负荷减少时，电机的速度相应减少，其耗电量也随之降低，由此可使电机的节电率达30%以上。
6、整套控制系统属安全型产品，只有当所有控制点源都处于正常状态时才能进行下步工作，否则系统将处于停机状态下的安全保护状态。
7、降低噪音，减缓设备磨损
由于风机的风量大小是通过控制电机的转速来完成的，噪音大大降低，同时减缓设备磨损。
8、控制器是数字化、智能化的仪表，适用于各种信号的输入，参数在线可调，测量量程单位可以根据现场需要设定，输出信号可以配比值器，应用灵活，控制精度高，而且其外形体积比传统的调节器小的多。
9、调节阀，在运行中即不是全开也不是全关，只是随负荷调节开启度，可以将参数控制为一点值，延长调节阀的使用寿命。
10、除去自控系统，也可手动正常燃烧，极易调节。
（三）燃烧器运行过程
燃料油经过总控阀，经过过滤器过滤后，由齿轮泵加压，再经过燃油阀进入主燃烧器燃烧，从燃料油入口管线，接出回油管线，利用回油调节阀来调节燃料供应量。
合上电源，启动燃油泵，按动“启动按钮”，风机开始进入90秒钟吹扫过程，吹扫过程前5秒钟，检查火探器是否短路，若短路则“报警”，进入后吹扫100秒钟，此时可按消音按钮，再按“燃烧停止”按钮复位，后吹扫结束后，再按“燃烧启动”按钮重新开车;若不短路继续吹扫，90秒钟后，吹扫结束，风机制动30秒钟，125秒钟开始点火，点火指示灯亮，点火器带电后，由中央控制器发出指令，燃油阀打开，10秒钟后如果不能探测到火焰则报警停车，如果10秒钟火焰探测器探测到火焰，则点火成功，进入正常运行状态，这时“火焰调节”灯点亮。火焰调节具备“手动”和“自动”两种状态，在手动状态点火成功后主火焰不能自动开启，靠人为约定运行，这样保证用户在烘炉时或运行中随意调节火焰大小。自动是指自动点火成功后，自动点燃主火焰，并根据锅炉出入口温度自动调节主火焰大小。在停炉时，按动“燃烧停止”按钮，总控阀关闭，扫线球阀打开，启动扫线系统，扫线20秒钟后，齿轮泵停止，燃油阀、燃油调节阀关闭，进入待机状态。
二、变频燃烧器在加热炉上的运行效果
2020年6月，在辽河油田热注作业二区2台1.163MW燃油加热炉上安装了该变频燃烧器，并由节能监测站进行监测，可以看出：
（1）经过监测，变频燃烧器有效调节范围为加热炉额定负荷的32.9%～104.5%，能够满足现场常用的运行热负荷要求。
（2）在有效的调节范围内，能够把过剩空气系数控制在1.05～1.20之间。
（3）自动点火成功率达99%，远距离操作安全，运行噪音小。
三、经济效益分析
应用变频燃烧技术后，节油率按照10%计算，年运行按照8000小时，年可以节约燃料油60吨，节约燃料费用7.07万元。风机由原来的18.5 kW，更换为现在的3.0 kW，年节约电量39525 kWh，费用1.68万元。单台总投资按照8万元计算，不到一年即可收回成本。
参考文献
[1]聂海光，王新河。油气田热注作业手册（m） 北京：石油工业出版社，2002.02
[2]万仁薄. 注气工程手册（m） 北京：石油工业出版社，2000.08
作者简介：
[1]张强，满族，本科，高级技师，锦州采油厂热注作业二区。
[2]周辉，汉族，大专，高级技师，冷家油田开发公司热注作业区。
[3]魏忠亮，汉族，大专，技师，冷家油田开发公司热注作业区。
（中国石油天然气总公司辽河油田分公司 辽宁 盘锦 124000）
关键词：加热锅炉 变频燃烧器 分析评价
一、变频燃烧技术简介及工作原理和特点
变频燃烧技术是在目前常规燃烧技术的基础上，利用变频技术，实现燃料与空气比例的无级自动调节并保持在最佳值，把燃料燃烧过程中的空气过剩系数控制在1.05～1.20范围内。根据加热炉的出、入口温度变化要求，自动调节燃料的供应量，再加上声光报警系统，实现加热炉自动点火、非人为熄火自动声光报警、停炉自动扫线等全过程自动化控制。达到节约燃料和降低工人劳动强度的目的。
（一）技术原理
1、应用数字变频控制技术
数字变频控制系统采用连续闭环的调节方法，将压力（温度）参数变为420mA的电信号送到调节器，调节器与给定值进行比较，经过模糊控制运算再输出420mA的电信号给风机的变频器和燃料的调节阀，从而连续、自动、无级地调节空气与燃料之比，使锅炉保持在恒定的压力（温度）值。一次点火起动后，加热炉就能根据负荷的变化很快进入恒温（恒压）运行状态。
2、采用通用的PLC代替机械式燃烧程控器，使其功能得以任意扩展，成本可大大降低，自动点火，检漏、熄火保护、进出口低差压保护、进出口高差压保护等功能也融入智能PLC中。
（二）变频燃烧器特点
1、可以实现无级连续调节控制
被控加热炉的温度（压力）与燃料量的调节呈连续控制系统，整套系统都会在自动状态下做同步的微量调整，使被控参数始终保持在最佳点。无级连续调节控制技术具有如下优点：
1）节约燃料
由于被控温度（压力）与燃料量和进风量的调节呈连续控制。当某一变量发生微小变化时，整套系统都会在自动状态下做同步微量调整，使过剩空气系数稳定控制在1.051.20之间，稳定了工况参数的同时节约了燃料用量，又减少了散热损失。
2）控制准确
1、两段火控制将参数控制在两点值范围内，而无级连续控制则是将参数控制在一点值内，使炉窑不受外界干扰，始终保持在最佳的运行状态。
2、具有程序点火、检漏、熄火保护等大型燃烧器所具有的所有功能，即点火前的吹扫、自动关风门、自动点火、探火、送助燃风，如点火不着则发出熄火报警、停车。在吹扫的同时，自动检测燃料电磁阀和调节阀是否泄漏，如有其中一个阀泄漏，则发出阀漏报警、停车，从根本上避免點火爆膛事故的发生。
3、火焰布置专门为加热炉设计，保证加热炉炉膛处于受热均匀状态，火焰不与燃烧室碰撞和直接冲刷炉管。
4、可实现加热炉进、出口低差压保护，即：当加热炉系统来液出现停泵现象，造成加热炉进出、口压差低于正常值时，plc可运算输出开关量，令燃烧系统停车，并发出报警。同时可实现高差压保护，即：当炉体盘管出现穿孔，造成进出、口压差高于正常值时，发出停炉命令并报警提示。
5、节约电能
目前，市售的燃烧器都是通过控制风挡来实现的，即在电机的全速运行状态下，利用安装在风门中的风挡开度控制进风量。数字变频控制技术是通过控制电机的转速来实现风量的调节。当负荷减少时，电机的速度相应减少，其耗电量也随之降低，由此可使电机的节电率达30%以上。
6、整套控制系统属安全型产品，只有当所有控制点源都处于正常状态时才能进行下步工作，否则系统将处于停机状态下的安全保护状态。
7、降低噪音，减缓设备磨损
由于风机的风量大小是通过控制电机的转速来完成的，噪音大大降低，同时减缓设备磨损。
8、控制器是数字化、智能化的仪表，适用于各种信号的输入，参数在线可调，测量量程单位可以根据现场需要设定，输出信号可以配比值器，应用灵活，控制精度高，而且其外形体积比传统的调节器小的多。
9、调节阀，在运行中即不是全开也不是全关，只是随负荷调节开启度，可以将参数控制为一点值，延长调节阀的使用寿命。
10、除去自控系统，也可手动正常燃烧，极易调节。
（三）燃烧器运行过程
燃料油经过总控阀，经过过滤器过滤后，由齿轮泵加压，再经过燃油阀进入主燃烧器燃烧，从燃料油入口管线，接出回油管线，利用回油调节阀来调节燃料供应量。
合上电源，启动燃油泵，按动“启动按钮”，风机开始进入90秒钟吹扫过程，吹扫过程前5秒钟，检查火探器是否短路，若短路则“报警”，进入后吹扫100秒钟，此时可按消音按钮，再按“燃烧停止”按钮复位，后吹扫结束后，再按“燃烧启动”按钮重新开车;若不短路继续吹扫，90秒钟后，吹扫结束，风机制动30秒钟，125秒钟开始点火，点火指示灯亮，点火器带电后，由中央控制器发出指令，燃油阀打开，10秒钟后如果不能探测到火焰则报警停车，如果10秒钟火焰探测器探测到火焰，则点火成功，进入正常运行状态，这时“火焰调节”灯点亮。火焰调节具备“手动”和“自动”两种状态，在手动状态点火成功后主火焰不能自动开启，靠人为约定运行，这样保证用户在烘炉时或运行中随意调节火焰大小。自动是指自动点火成功后，自动点燃主火焰，并根据锅炉出入口温度自动调节主火焰大小。在停炉时，按动“燃烧停止”按钮，总控阀关闭，扫线球阀打开，启动扫线系统，扫线20秒钟后，齿轮泵停止，燃油阀、燃油调节阀关闭，进入待机状态。
二、变频燃烧器在加热炉上的运行效果
2020年6月，在辽河油田热注作业二区2台1.163MW燃油加热炉上安装了该变频燃烧器，并由节能监测站进行监测，可以看出：
（1）经过监测，变频燃烧器有效调节范围为加热炉额定负荷的32.9%～104.5%，能够满足现场常用的运行热负荷要求。
（2）在有效的调节范围内，能够把过剩空气系数控制在1.05～1.20之间。
（3）自动点火成功率达99%，远距离操作安全，运行噪音小。
三、经济效益分析
应用变频燃烧技术后，节油率按照10%计算，年运行按照8000小时，年可以节约燃料油60吨，节约燃料费用7.07万元。风机由原来的18.5 kW，更换为现在的3.0 kW，年节约电量39525 kWh，费用1.68万元。单台总投资按照8万元计算，不到一年即可收回成本。
参考文献
[1]聂海光，王新河。油气田热注作业手册（m） 北京：石油工业出版社，2002.02
[2]万仁薄. 注气工程手册（m） 北京：石油工业出版社，2000.08
作者简介：
[1]张强，满族，本科，高级技师，锦州采油厂热注作业二区。
[2]周辉，汉族，大专，高级技师，冷家油田开发公司热注作业区。
[3]魏忠亮，汉族，大专，技师，冷家油田开发公司热注作业区。
（中国石油天然气总公司辽河油田分公司 辽宁 盘锦 124000）